基于位置指紋法的船載傳感網(wǎng)絡(luò)定位方法研究.pdf

1、隨著位置信息服務(wù)的應(yīng)用范圍愈加廣泛，人們對于室內(nèi)場所的定位服務(wù)需求也日益增加。船舶作為重要的水上交通工具，正向體積大型化、結(jié)構(gòu)復(fù)雜化的方向發(fā)展，其具有甲板層數(shù)眾多、載人量大的特點。但由于船體復(fù)雜的環(huán)境及其自身航行因素，普通的室內(nèi)定位技術(shù)很難應(yīng)用于船舶艙室環(huán)境，如何解決船內(nèi)的位置信息感知，為船內(nèi)位置信息服務(wù)提供定位理論與技術(shù)支撐，是當(dāng)前室內(nèi)定位研究領(lǐng)域的重要方向。
　　本文主要針對船舶室內(nèi)定位技術(shù)進(jìn)行研究。首先對傳統(tǒng)的室內(nèi)定位方法進(jìn)

2、行梳理，對比了基于測距和基于無線信號的定位方法的優(yōu)缺點，重點研究了基于位置指紋的室內(nèi)定位技術(shù)。為分析船舶環(huán)境下的無線信號特征，本文選擇長江貳號游輪進(jìn)行實船調(diào)研，利用ZigBee平臺搭建了船載傳感網(wǎng)，在船上進(jìn)行了系列的無線信號測試實驗。通過實驗數(shù)據(jù)分析了船舶環(huán)境下無線信號的統(tǒng)計分布特性，同時研究了船舶航行下無線信號的時變特性，總結(jié)了船舶環(huán)境對位置指紋定位方法的影響。
　　其后，為降低船舶環(huán)境對位置指紋庫的影響，本文提出了一種時-空位

3、置指紋的特征提取方法，通過空間差分構(gòu)建穩(wěn)定的空間信號數(shù)據(jù)庫，之后使用主成分分析和線性判別分析對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行維度歸約和樣本聚類，在保留足夠的位置特征信息前提下，濾去無關(guān)的噪聲信號和冗余信息，降低算法的計算量，提高位置指紋的定位精度。同時利用時序分析法，對指紋進(jìn)行時間特征提取，增加指紋特征的穩(wěn)定性。在對各類指紋特征可視化及算法檢測后，驗證了時-空指紋特征的穩(wěn)定和準(zhǔn)確性。
　　最后，本文研究統(tǒng)計學(xué)習(xí)方法，提出了基于支持向量機(jī)的位置指紋定位

4、方法，可以快速地進(jìn)行指紋與指紋庫的查找和匹配。同時利用核函數(shù)解決位置指紋的非線性分類問題，使用交叉驗證和網(wǎng)格搜索對參數(shù)進(jìn)行尋優(yōu)，獲取最優(yōu)的模型訓(xùn)練參數(shù)。將實船采集的無線信號強度數(shù)據(jù)通過特征提取形成指紋庫后，輸入支持向量機(jī)進(jìn)行訓(xùn)練和建模，最后利用判決函數(shù)對在線測量的無線信號進(jìn)行位置判斷，實現(xiàn)船舶環(huán)境下的室內(nèi)定位。本文也利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和原始數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練和對比測試，驗證了本文定位方法的計算量較小，且定位精度較高的特點，滿足船舶內(nèi)定位信息服務(wù)